专利名称：有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是钢塑复合管材和管件的设计、制造与工程连接，涉及到有孔洞的钢骨架增强复合聚合物管材与管件的设计与工程应用连接，特别是涉及到有孔洞的钢骨架增强复合聚合物管件的制造、设计和工程应用连接。
背景技术：
以孔网钢板(带)曲卷成筒形骨架并焊接成为钢塑复合管材管壁中的金属增强体；以及纬向钢丝缠绕经向钢丝经焊接或经向钢丝在螺旋卷绕的纬向钢丝上分布并焊接，成为钢塑复合管材管壁中的金属增强体；以及在已成形的聚合物管壁上螺旋缠绕或编织钢丝形成筒形钢骨架后在钢丝上再复合挤出聚合物形成管壁，以筒形缠绕或编织的钢丝作为钢塑复合管材管壁中的金属增强体，这样以有孔洞的筒形钢骨架作为管壁中的增强体生产的钢骨架增强聚合物管材，已在工程应用中成为重要的复合管道。这种管道比金属管道有好的防腐性能和卫生性能及更高的输送效率，比纯聚合物管有更好的强度和耐压能力。与这种管材压力和性能等同的管道连接件(以下称管件)是钢骨架增强复合聚合物管件。当使用压力不高的情况下，管材可以用上述钢骨架增强复合聚合物管材，而管件用纯的没有钢骨架增强的与管材的管壁连续体相同的聚合物材料制成的管件来连接，这种管件与管材连接是靠纯聚合物管件承插口内壁布设的电热丝加热来使管件与管材连接界面产生聚合物熔融连接成为永久性连接，由于管件是纯聚合物管件，较好熔接，连接方便可靠。当管道的使用压力要求较高时，比如管径为φ160、输送20℃的水、使用压力为大于1.6Mpa时或输送天燃气大于0.8Mpa时管件就要使用与管材压力等同的钢骨架增强的聚合物管件。因为纯聚合物管件的承压能力和安全性以及可靠性缺乏保证。
90年代以来，上述这种钢骨架增强的管材、管件的设计、制造以及结构和连接有很多技术文献专利，他们都主要是为了提高管道的承压能力和连接的可靠性，特别是适应不同的压力和环境应用条件及不同的输送介质。由于承压能力要求高，不能使用方便熔融连接的纯聚合物管件，必须使用钢骨架增强复合聚合物管件，特别是有孔洞的钢骨架增强的聚合物管件，这类管件既有较高承压能力，又有与管材同等的内外防腐能力和方便的熔融连接性能。
但是，这类有孔洞的钢骨架增强的聚合物管件由于管壁主要还是聚合物材料制成，它与同类管材一样，在轴向上的线胀系数接近钢管，但在径向上的膨胀却比轴向线胀系数高一个数量级，特别是管径较大的这类管材，管材的外径尺寸与管件的承插口的内径尺寸之间的配合公差比较大，间隙也比较大，以φ200的管径为例有0.8至1.2mm的间隙，特别是连接时因环境温度变化大，径向尺寸的热胀冷缩，这个间隙可能还更大，使管材与管件承插口的配合和熔融连接更不好掌握，以至连接不可靠，加之管材、管件，(参见图11)中因引入了有孔洞的钢骨架，实际上以钢骨架为中间层，将包覆其上的内、外壁聚合物分为仅靠孔洞连接起来的外层A、C和内层B、D(参见附图11)，当管材插入管件的承插口中，布设在承插口内周壁上的电热丝加热管材的外壁C、管件的承插口内层B，使两个界面聚合物加热，在聚合物高弹态温度下产生聚合物的特性即膨胀，排除管材C层与管件B层之间的配合公差间隙及排出空气，再加大供给电热丝的电流或电压，使配合面之间温度升高到聚合物的粘流态温度，在C层与B层之间因产生的膨胀力的作用将界面熔融连接起来，冷却后成为永久性连接，为了保证钢骨架在管壁中的增强作用，不因在骨架上开孔洞而使骨架的强度损失太多，而又兼顾到聚合物包覆骨架时聚合物粘流物能顺利流动通过孔洞并顺利地在骨架内外壁上流动包覆骨架，目前已有技术一般钢骨架开孔面积占筒形钢骨架展开面积的15％-30％，钢骨架与管件形状相似，在轴向长度上钢骨架与承插口内壁周向分布的电热丝在全长度上全部重叠。由于钢骨架在连续体中分别隔离A、B层和C、D层，使管材和管件的管壁聚合物连续体不能因上述的加温过程使管壁的全部厚度的聚合物都产生膨胀而使间隙和空气容易排除，以使界面B、C不能在有较大的膨胀力作用下熔融连接，所以钢骨架增强的复合聚合物管材、管件的电热熔连接没有纯聚合物管和纯聚合物管件之间连接方便和可靠，也没有纯聚合物管件与钢骨架增强的复合聚合物管材之间连接可靠，而使钢骨架增强的复合聚合物管材与钢骨架增强的复合聚合物管件的电热熔连接技术成为关键技术被重视和不断追求完善和改进。例如专利号99241245.5，98207676.2，华创或星河公司的管道安装规范、规程，这些已有和公开的技术，都重点着眼于如何在生产和加工、安装过程中减少管材和管件之间的配合间隙，或者提高公差配合精度，或者是利用管件承插口内腔的锥度及管材配合部分的锥度的最佳配合来减小或消除间隙，都缺乏对纯聚合物管材、管件利用高弹态温度下的膨胀性能进行熔接实验和研究。更缺乏当引入钢骨架作增强体后，骨架对连续体起到分层屏蔽作用，使聚合物的高弹态的膨胀性能在此类管中的作用大大衰减后，如何解决管件承插口内周壁的螺旋环状布设的电热丝长度与管材配合熔接的长度，以及该长度中钢骨架在管体中的影响及长度变化后的影响及液体介质试验内承压力与其关系的实验、研究和设计制造。
钢骨架对管材，特别是管件的增强作用是毋用质疑的，钢骨架必须作为增强体置入管件的管体既连续体中，但骨架在管体连续体中处于什么位置，管件与管材配合和连接时骨架起到如何的增强作用和在什么位置起到增强作用，增强作用的变化，怎样与管材熔融连接才能既可靠连接，又与管材有等同承压力，骨架增强体应是怎样的钢材制作，骨架应是怎样的孔结构和孔分布才能既能使管件承压力提高，又能与管材最佳的熔接和可靠的连接，骨架与承插口内电热丝螺旋环状的布设长度应该是何种位置关系才能使骨架增强的管材和管件有最佳连接，才能发挥这类管材、管件的承压力高，连接处和管件耐环境应力强，耐应力强、强度高的优点，只有解决了上述这些问题，才能使这类管道在大于1.6Mpa及50℃以上的环境中可靠应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种承压能力高、与管件连接时耐环境应力强，强度高，安全，可靠的有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头。
本发明的目的是这样来实现的本发明有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头包括聚合物连续管体，管体中有与聚合物连续管体复合的与管体形状相似的增加强度的有孔洞的钢骨架，管体至少一端有与管材连接用的承插口，承插口内壁周向布设有螺旋环状的电加热丝，管体的径向和/或轴向有电加热丝的接线柱，其特征是钢骨架轴向的端口相对于承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝从承插口端第一圈计相对长度距离L为螺放环状分布的电加热丝沿轴向长度S的25％到130％，管体形状可为二通或三通或弯头，当骨架端口距电热丝承插端口的距离大于电热丝分布总长度的25％时，这25％长度的热熔接已没有钢骨架对聚合物高弹态膨胀的屏撇作用，已使如图11的B、C面的熔接可以达到满足1.6Mpa的工作压力的承压试验，距离越增加，骨架的屏撇作用越减少，承插口内电热的熔接面越可靠，承压能力也越高，只要骨架对管件的增强作用足以抵消液体试压的内压对管体的内胀变形而不使B、C面产生熔接面的变形撕开、撕裂，距离达100％的长度可以使管材与管件连接的管网达到管材、管件的爆破内承压最大值，当距离增加到长度的130％时，内承压能力又降低到距离25％时长度的基本值，因骨架所处位置的变化，可以减少骨架对聚合物高弹态下的膨胀力的屏撇作用而使B、C面是处于膨胀力的作用产生熔接，因而熔接面更大，熔接的间隙和空气排除更好，而使管材与管件的连接处强度更高，可以达到管材的同等内承压力，因为管件承插口的电热丝熔接长度是对有钢骨架的管材的连接，虽然管件的钢骨架从电热丝重叠的长度方向减少了长度，但连接处仍然有钢骨架的管材作支撑，并不会因为管件的钢骨架在此减少了重叠而影响连接处的强度。
上述的钢骨架轴向的端口相对于承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝从承插口端第一圈计相对长度距离L为螺旋环状分布的电加热丝轴向长度S的25％到100％的这段在管体轴线上的投影与在承插口内螺旋环状布置的电加热丝在轴线上的投影重叠的部分至少为该部分钢骨架的开孔的孔总面积占该段钢骨架展开面积的30％，管体中在与螺旋环状电热丝长度方向上重合的这一段钢骨架因为比另一部分的骨架有更大面积的开孔布孔面积，加热熔接时，骨架对包覆在管件骨架上的A、B两层(见图11)聚合物连续体膨胀力的屏撇作用随孔面积的增加而减少，也既A面的连续体也容易通过增大了的孔面积参加到B面对C面的高弹态膨胀，可以使电热熔接的膨胀力增加而改善B、C面的热熔接，这个技术措施与权利要求1所述的措施配合还可以产生更好的熔接效果。在管件中有重叠电热丝螺旋环状总长度的25％至100％的钢骨架参加连接，可有更可靠的连接强度和耐应力变形，同时也提高了管件的强度和可靠性。
上述的钢骨架表面有粘结剂层或粘结剂与聚合物的共混物层的复合层，钢骨架表面有了粘结剂或粘结剂与聚合物的共混物复合层，可以使钢骨架的极性表面与聚合物的非极性表面牢牢复合在一起，成为真正意义上的复合材料，可以增加管件的承压能力，特别是管件的轴向抗拉力强度提高很多，也可以增加与管材的连接强度。
上述的钢骨架在聚合物连续续管体的外侧，钢骨架在聚合物连续管体的外侧，可以使如图11所示骨架内的B面的聚合物连续体质量更大，参与高弹态的膨胀力更大，可以使热熔接更可靠。
上述的承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝有粘结剂层或粘结剂与聚合物的共混物层的复合层，电热丝有此复合层可以将电热丝与聚合物连续体和管材的连续体更好的熔接为一体，可以防止腐蚀性介质在高压力时随电热丝与聚合物复合的界面渗漏。若管材与管件的聚合物材料有差异时，可以通过选择粘结剂与聚合物混合物来实现和改善熔接性能，可以扩大钢骨架增强复合管的工程应用范围。
上述的管体一端上有与其它设备或管道连结件连接的有孔法兰或有斜坡凸台的法兰，通过有孔法兰或有凸台的法兰可以实现与各种设备和管件甚至非标件的连接。
上述的钢骨架有在注塑模具中定位的环状或块状的或销钉式的定位凸台乙有定位块或凸台或销钉，可以在制造管件时钢骨架在模具中正确定位，可以预先在定位件上喷涂或涂覆粘结剂或粘结剂与聚合物的混合物，可以不裸露定位件。
上述的管体聚合物连续管体为非交联耐高温聚乙烯或硅烷交联聚乙烯或交联聚乙烯制成，承插口内壁周向布设的电热丝被粘结剂或粘结剂与非交联耐高温聚乙烯的共混物包覆。采用非交联耐高温聚乙烯或硅烷或交联聚乙烯交联聚乙烯可以将此类管道用于较高温度领域和更宽的工程领域。利用电热丝包覆的复合层，可实现与表面复合挤出一层非交联耐高温聚乙烯的交联聚乙烯管材热熔连接，有更高的应用价值。
上述的管体承插口内腔有一层与管体聚合物连续管体材料不同的聚合物材料，利用承插口内腔可以有一层不同的聚合物材料，通过这层材料和电热丝复合材料的选择，可以实现不同材料的管件与管材的热熔连接。
本发明有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头承压能力高，耐环境应力强，强度高，安全，适用范围广，可可靠应用于压力大于1.6Mpa及温度50℃以上的环境中。
图1为钢骨架位于聚合物连续管体外壁的本发明结构示意图。
图2为钢骨架位于聚合物连续管体中的本发明结构示意图。
图3为图2中电热丝结构示意图。
图4为有间隔等距的钢丝缠丝焊接钢骨架结构示意图。
图5为有间隔不等距的钢丝缠丝焊接钢骨架结构示意图。
图6为间隔不等距孔和孔径不等的网骨架结构示意图。
图7为管体为三通状的本发明结构示意图。
图8为位于管体中的有间隔等距孔的钢板焊接的钢骨架结构示意图。
图9为位于管体中的有间隔不等距孔和孔径不等的钢骨架结构示意图。
图10为位于管体中有间隔不等距孔和孔径不等的弯头钢骨架结构示意图。
图11为管体中有有孔钢骨架的本发明与钢塑复合管连接示意图。
图12为管体中有钢丝缠绕焊接钢骨架的本发明与钢塑复合连接示意图。
图13为管体形状为二通弯头时本发明与钢塑复合管连接示意图。
具体实施例方式实施例1图1给出了本发明实施例1结构示意图。在二通聚合物连续管体1的外壁中有与之复合的有孔钢骨架2，钢骨架2表面有一层保护钢骨架的复合层3。管体两端的承插口4处分别周向布置有螺旋环状的电加热丝5，装在管体外壁上的正、负极接线柱6、7。钢骨架轴向端口相对于电热丝从承插口端第一圈计的相对距离L，为电加热丝轴向距离S1的80％。钢骨架在管体轴线上的投影与电加热丝在轴线上的投影重合的部分钢骨架的开孔布孔面积为此部分钢骨架展开面积的40％。
实施例2图2、图3给出了本发明实施例2结构示意图。在二通聚合物连续管体中8中有与之复合的有孔钢骨架9。管体两端承插口10内壁有与管体材料不同的聚合物材料层11，承插口聚合物材料层周向布置的有螺旋环状的电加热丝12，装在管体外壁上的正、负极接线柱13、14。钢骨架轴向端口对于电热丝从承插口第一圈计的相对距离L2为电热丝轴向距离S2的130％。电加热丝12如图3所示其外周上包覆有粘接剂层15。
本实施例2可选用图4所示的有间隔不等距的钢丝缠绕焊接钢骨架或如图5所示的有间隔不等距的钢丝缠绕焊接钢骨架或如图6所示的间隔不等距孔(或孔径不等)的钢骨架。
实施例3图7给出了本发明实施例3结构示意图。在三通聚合物连续管体16中复合有有孔钢骨架17，其承插口内壁螺旋环状布置布电加热丝18、19，分别与电加热丝18、19连接的装于管体外的正负极接线柱20、21、22、23。钢骨架的上端口距电加热丝18的第一圈的距离L3为电加热丝轴向距离S3的25％其下部端口距电热丝19的第一圈的距离L4为电加热丝19的轴向距离S4的90％。钢骨架上部或下部在管体轴线上的投影与电加热丝18或电加热丝19在管体轴线上投影重合的部分开孔的孔总面积为此部分钢骨架展开面积的50％。
本实施例3可选用图8所示的位于管体中的有间隔等距孔钢板焊接钢骨架或如图9所示的位于管体中的有间隔不等距离孔和孔径不等的钢骨架。
图10为用于90°弯头聚合物连续管体中的有间隔不等距孔和孔径不等的钢骨架结构示意图。
图11为管体中有有孔钢骨架的本发明管道接头与钢塑复合管连接示意图。本发明管道接头中的钢骨架两端端头分别距离端承插口内电加热丝第一圈的距离L5大于25％电加热丝轴向距离S5。两待连接的端头有对钢骨架热封的塑料封头24的钢塑复合管25分别从管道接头的两端伸入承插口内，通过对其内的电加热丝通电，使两钢塑复合管材与本发明管道接头熔融连接。
图12为管体中有钢丝螺旋缠绕的钢骨架的本发明管道接头与钢塑复合管的连接示意图。本发明管道接头中的钢丝螺旋缠绕的钢骨架两端头分别距两端承插口内电加热丝第一圈的距离L6为电加热丝轴向距离S6的60％。其两钢塑复合管道通过管道接头承插口内的电加热丝熔接成一体。
图13为管体形状为90°弯头的本发明管道接头与钢塑复合管的连接示意图。本发明管道接头中的有孔钢骨架的一端头距电加热丝第一圈的距离L7为电加热丝轴向距离S7的25％。钢塑复合管26一端伸入管道接头承插口内向电加热丝通电使钢塑复合管与管道接头熔接为一体。
权利要求
1.有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头，包括聚合物连续管体，与聚合物连续管体复合的与管体形状相似的增加强度的有孔洞的钢骨架，管体至少一端有与管材连接用的承插口，承插口内壁周向分布有螺旋环状的电加热丝，管体的径向和/或轴向有电加热丝的接线柱，其特征在于钢骨架轴向的端口相对于管体承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝从承插口端第一圈计相对长度距离L为布设的电加热丝沿轴向长度S的25％到130％。
2.如权利要求1所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于钢骨架轴向的端口相对于承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝从承插口端第一圈计相对长度距离为布设的电加热丝沿轴向长度的25％到100％的这段在管体轴线上的投影与承插口内电加热丝在管体轴线上的投影重合的钢骨架的开孔的孔总面积至少为该段钢骨架展开面积的30％。
3.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于钢骨架表面有粘结剂层或粘结剂与聚合物的共混物层的复合层。
4.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于钢骨架在聚合物连续管体的外侧。
5.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝外周包覆有粘结剂层或粘结剂与聚合物的共混物的复合层。
6.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于钢骨架是用有孔洞的钢板或用钢丝焊制而成或精铸而成。
7.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于管体有一端上有与其它设备或管道连结件连接的有孔法兰或有斜坡凸台的法兰。
8.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道连接件，其特征在于钢骨架上有在注塑模具中定位的环状或块状的或销钉式的定位凸台。
9.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于管体聚合物连续管体为非交联耐高温聚乙烯或硅烷交联聚乙烯或交联聚乙烯制成，承插口内壁周向布设的电热丝被粘结剂或粘结剂与非交联耐高温聚乙烯的共混物包覆。
10.如权利要求1或2所述的有孔钢骨架增强的复合的聚合物管道接头，其特征在于承插口内腔有一层与聚合物连续管体材料不同的聚合物材料层。
全文摘要
本发明提供了一种有孔钢骨架增强复合聚合物管道接头，包括聚合物连续管体，与聚合物连续管体复合的与管体形状相似的增加强度的有孔洞的钢骨架，管体至少一端有与管材连接用的承插口，承插口内壁周向布设有螺旋环状的电加热丝，管体的径向和/或轴向有电加热丝的接线柱，其特征是钢骨架轴向的端口相对于管体承插口内壁周向布设的螺旋环状的电加热丝从承插口端第一圈计相对长度距离L为布设的电加热丝轴向长度S的25％到130％。承压能力高，耐环境应力强，强度高，安全，适用范围广，可可靠应用于压力大于1.6Mpa及温度50℃以上的环境中。
文档编号F16L47/02GK1431422SQ0311724
公开日2003年7月23日 申请日期2003年1月27日 优先权日2003年1月27日
发明者甘国工 申请人:甘国工